Перспективы интерметаллидов: в ВИАМ реализуется исследовательский проект при поддержке Российского научного фонда

Коллектив специалистов Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) исследует перспективный отечественный интерметаллидный сплав, предназначенный для высокотемпературного применения.

Интерметаллидные сплавы на основе эквиатомного алюминида титана TiAl (гамма-сплавы) представляют собой перспективный класс легких жаропрочных материалов для авиационного газотурбостроения. С одной стороны, они обладают уникальным сочетанием удельной жесткости и прочности, с другой – высоким сопротивлением окислению. Жаропрочность и жаростойкость, являющиеся следствием самой природы интерметаллидов системы «титан–алюминий», в совокупности с низкой плотностью открывают перспективы существенного снижения массы газотурбинных двигателей (ГТД) летательных аппаратов без ущерба для их качественных характеристик.

«Объектом исследований в нашем научном проекте является новый шестикомпонентный высокожаропрочный бета-затвердевающий гамма-сплав системы Ti–Al–V–Nb–Cr–Gd. Он рассматривается как альтернатива жаропрочным сплавам на никелевой основе для повышения весовой эффективности при изготовлении роторных деталей горячего тракта перспективных отечественных ГТД. В результате масса соответствующих деталей двигателя уменьшится вдвое, что по абсолютной величине даст выигрыш в весе до 100–180 кг на один моторокомплект, – рассказывает руководитель научного коллектива проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории «Титановые сплавы для конструкций планера и двигателя самолета» ВИАМ Павел Панин. – Этот сплав был разработан в институте при непосредственном участии исполнителей проекта, а патент на него отмечен дипломом Федеральной службы по интеллектуальной собственности в номинации “100 лучших изобретений России – 2016”».

Реализуемый фундаментально-прикладной научный проект базируется на применении методов и подходов цифрового материаловедения и направлен на получение оптимального баланса механических характеристик TiAl-сплава нового поколения, разработанного в ВИАМ, за счет комплексного воздействия на структуру материала.

Отметим, что в рамках проекта завершен масштабный эксперимент по оценке влияния вариативности химического состава и микродобавки редкоземельного элемента – гадолиния – на критические точки исследуемого сплава. Проведены исследования кристаллографической текстуры и структурной стабильности малогабаритных полуфабрикатов и продемонстрирована возможность одновременного повышения прочности и пластичности сплава в интервале температур от комнатной до рабочей (750°С).

Работа проводится при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант РНФ № 18-79-10249). Полученные в ходе реализации проекта результаты исследований опубликованы в зарубежном высокорейтинговом журнале Intermetallics.